如何对荧光增白材料进行判色?

By Ken Butts

 

本文是我们的网络研讨会版本: 对荧光增白材料进行判色。 这属于数字色彩管理基础知识的点播系列。 在此获取所有 12 节课程

 

您是否想过为什么白色衣物在背光下会发光,或者为什么一些白色材料看起来比其他白色材料更白?  这是荧光增白材料的效果。

 

什么是荧光增白材料?

 

荧光增白材料是一种经过特殊化学物质(称为光学增白剂 (OBA),有时也称为荧光增白剂 (FWA) )处理的材料。  因为 OBA 也适用于有色材料,因此该术语的使用更加普遍。

 

大部分消费者都想要外观挺括且干净的白色服装,但有些材料(尤其是棉质材料)很难达到此要求。  即使将棉质材料漂白之后,仍可能呈现出暗淡的黄色外观,看起来不干净。  使漂白后的棉质材料“变白”的最佳方法是“隐藏”暗淡的黄色外观。  下面通过一点色彩科学来帮助您理解 OBA 是如何实现该目的的。  白色材料看上去会发黄或看起来不干净,那是因为这些白色材料吸收光源中的蓝光能量并反射黄光能量。  为了削弱此效果,我们可以“添加”更多蓝光能量,这就造成白色材料看起来比实际更白,也就是说,看起来更干净更明亮。  OBA 就是这么做的。也就是说,将我们看不见的紫外线 (UV) 能量转换为我们能够看见的蓝光能量,以此“增加”蓝光能量。

 

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在灯箱中对荧光增白材料进行判色

 

对经过 OBA 处理的白色样品进行判色时,需要牢记的关键点是,随着光源中紫外线能量的变化,样品的最终外观将发生变化。  这表示我们在选择用于对白色样品进行判色的光源时必须十分谨慎。  通常,太阳光或灯箱中的日光源中含有远超荧光光源的大量紫外线能量。  如果我们在灯箱中使用白炽灯光源或荧光光源对荧光增白材料进行判色,然后在日光源下观察样品,我们应该发现该样品在日光源下看起来更明亮更显白。

 

但是,灯箱中的日光源所含的紫外线能量可能与普通日光或另一个灯箱中的日光源所含的紫外线能量不同,在这种情况下,我们的目视判色结果将变得不一致。  请务必与灯箱制造商进行商定,并了解日光源的紫外线含量是否受控以及是否相当于普通日光的紫外线含量。  如果所用灯箱中日光源的紫外线能量近似于普通日光下的紫外线能量,那么对荧光增白材料的判色最有效。

 

lightbulb test from popular mechanics article
 

[图片来源: 《大众机械》]

 

如何有效测量荧光增白材料

 

由于很难对白色材料进行一致的目视判色,因此使用分光光度仪对白度进行评估通常更有效。  分光光度仪用于测量材料反射的可见光能量,然后以 400-700 纳米 (nm) 波长范围内的百分比反射率 (%R) 表示。  OBA 在电磁频谱区域吸收的紫外线 (UV) 能量低于 400 纳米,并在光谱的可见部分中重新释放该能量。  如果您已使用分光光度仪测量荧光增白材料,将会发现较短波长蓝色区域内的反射率大于 100%,也就是说,这是用于“隐藏”材料黄色外观的“额外”蓝光能量。  然而,与目视法一样,增白效果可能会有所不同,具体取决于分光光度仪光源中所含的紫外线能量。

 

graph related to measuring fluorescent whites
 

为了有效测量荧光增白材料样品,我们必须控制光源中所含的紫外线能量。  对于非荧光材料,我们遵循使用黑桶和白砖的标准校准流程。  这两种校准工具仅用于校准光谱的可见部分,无法控制仪器闪光灯中所含的紫外线能量。  大多数高端台式分光光度仪都使用氙气闪光灯。  氙气闪光灯与相机闪光灯很像,富含紫外线能量。  事实上,其所含的紫外线能量远超普通日光下的紫外线能量。  因此,如果我们完全使用该紫外线能量测量荧光增白材料样品,我们从样品中获取的蓝光能量将远超我们在目测时看到的蓝光能量。  数值数据将显示样品比实际白得多。

 

校准用于测量荧光增白材料的分光光度仪

 

我们如何校准分光光度仪的紫外线含量?  校准紫外线的最常用工具之一是 AATCC 纺织品紫外线校准标准 (TUVCS)。  此标准样呈正方形,由若干层经过 FWA 处理的织物组成,然后使用 AATCC 标准的可追溯仪器进行测量,以便我们确切了解该样品的白度。  然后,根据 AATCC 评定程序 11(光学增白纺织品的分光光度仪紫外线能量校准程序),使用 TUVCS 校准分光光度仪的紫外线含量。

 

此方法结合分光光度仪制造商的指导,可确保正确校准分光光度仪的紫外线含量。  请务必注意,使用 TUVCS 校准球形分光光度仪中的紫外线时,镜面反射必须设置为“包含”(SCI),并且应使用大视场 (LAV) 光圈。  我们可以确信,产生的结果可以追溯到国际标准,并与其他经过紫外线校准的分光光度仪的测量结果保持一致。  校准紫外线滤光片,随时可开始使用工具之后,我建议您观看本文的网络研讨会版本,了解详细的分步教程(从 12 分 20 秒左右开始)。  我们将先测量标准样,然后继续按实际情况测量样品并比较结果。

 

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使用 TUVCS 时的特别注意事项: TUVCS 存在发行日期和到期日期。  请勿使用已过期的标准样,因为这样得到的结果不准确。  您还需要确保拿取标准样的边缘,以免污染表面或使表面变色,并始终将标准样存放在其送达时所用的不含 BHT 的袋子中。

 

Settings for measuring fluorescent whites in Datacolor tools
 

什么是白度指数?

荧光增白材料样品自身的反射数据无法为我们提供了解样品白度或确定样品可接受性所需要的信息。  可以使用特定计算方法生成样品的“白度指数”(WI),该数字用于表示样品的白度。  经过多年发展,现已存在若干个白度指数,其中最常用的两个指数是 CIE 白度指数和 Ganz-Griesser 白度指数。  通常来说,样品越模糊,白度指数越高,黄化越多,白度指数越低。

 

当然,样品的 WI 值各不相同,具体取决于 OBA 的含量以及样品的初始纯度,值越高表示样品“越白”。  除了 WI 之外,这些公式通常还可以衡量白色的色调,也就是说,样品在投影时是略带红色还是略带绿色。
 

考虑分光光度仪的使用期限

 

我的经验是,对于 Datacolor 全新的分光光度仪,紫外线滤光片的要求范围通常介于 60% 到 80% 之间。  随着仪器老化,滤光片需要更大的范围才能使用灯泡中更多的可用紫外线能量。  紫外线滤光片的位置达到 90% 之后,即表示我们正在使用约 90% 的可用紫外线能量,现在是时候联系 Datacolor 安排维护服务,以便对仪器进行评估。 在未来的某个时候,滤光片可能需要 100% 的紫外线能量,但您无法达到所需的测试标准白度。

 

仪器使用期限的更多注意事项: 在大多数供应链中,仪器的使用期限各不相同。我们已经了解到,随着仪器的老化,积分球分光光度仪会根据环境条件开始黄化。 仪器在具有大气污染物的生产环境中运行时,情况也是如此。  对于荧光材料,我们确实发现变色可能会影响测得的反射率的一致性。  我们可以使用常规校准过程弥补某种程度的黄化。

 

如果您测得的色调值与其他人测得的色调值存在显著差异,我们应该评定球形分光光度仪的使用期限。  可能需要更换其中一个或对两个积分球分光光度仪都进行更换,或者对其进行重涂,才能使两个积分球分光光度仪实现数据一致性。 只要所有人都使用相对较新或者使用已替换过或重涂过的积分球分光光度仪,即可生成一致的色调值。

 

与荧光增白材料供应商合作

 

下一步是确定样品的白度和色调值的可接受范围。  确定白度指数的数值可接受公差(我在网络研讨会中对此进行过详细回顾),并要求供应商使用经过紫外线校准的仪器测量样品之后,他们无需具体评定灯箱中的样品白度。  只要他们使用荧光紫外线校准的仪器准确测量样品,并使用公差生成“合格/不合格”结果,他们就可以放心提交样品或对样品进行返工。

 

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如果样品看起来仍然过暗或没有光泽怎么办?

 

根据我 20 年以来的经验,一些客户虽然已根据白度指数和色调设置过“合格/不合格”系统,但使用目测法仍可发现有些样品外观不良(尽管在数值容差范围内)。 在这种情况下,可以考虑使用其他色差元素“合格/不合格”判定法。

 

我发现一些客户已使用 CMC DL 值取得一定效果,这是一种衡量两个样品之间亮度和暗度差的方法。 白度指数基于大约 420 至 460 纳米区段之间,而色调基于反射率曲线其余部分中的增值和减值或者高区和低区。 我们可能会发现样品曲线与标准曲线的形状非常相似,但前者数值明显偏低。  这表示尽管白度指数处于可接受的范围内,但样品总体看起来偏暗。

 

请务必注意,我们不建议对荧光增白材料使用 DEcmc“合格/不合格”判定法,因为该方法并非专用于准确捕捉 FWA 的影响。

 

What if the fluorescent white sample still looks too dull or dark?
 

 

可以在显示器上看到荧光增白材料吗?

 

很遗憾,显示器无法准确显示荧光色。 您也许能够发现色调值或色彩浓度的一些细微差异,但也只是不像实际样品一样明亮。在许多情况下,在屏幕上这种白色实际看起来是蓝色的。 因此,尝试使用屏幕色彩分量对荧光增白材料进行判色时请务必谨慎。

 

获得光学增白材料的可复验结果

 

正如我们所见,获得可复验的结果非常困难(尤其是在进行目视评估时)。  但是,如果使用提供的紫外线校准标准(例如:AATCC 的 TUVCS)校准分光光度仪,那么可以获得可复验的测量结果。  只有这样才能成功制定荧光增白材料的数字化“合格/不合格”计划。

 

如果您对该流程有任何疑问,请在此处联系我们的专家团队或直接联系我(在此处的 LinkedIn 上查找我)。

 

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